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光的折射定律

光的折射定律,也称为斯涅尔定律(Snell's Law),是几何光学的基本定律之一,用于描述光在不同介质之间传播时,折射光线与入射光线之间的关系。该定律可以表述如下:

折射光线、入射光线和法线在同一平面内。这意味着当光从一种介质进入另一种介质时,折射光线、入射光线和法线都位于同一个平面内,这个平面称为入射面。

折射光线和入射光线分居法线两侧。在入射面内,折射光线和入射光线分别位于法线的两侧,这意味着它们之间的夹角关系是:折射角(θt)和入射角(θi)分别位于法线(n)的两侧。

入射角和折射角的正弦之比是一个常数。这个常数称为相对折射率,用n21表示,即:

\[

\frac{\sin \theta_i}{\sin \theta_t} = n_{21}

\]

其中,n21是第二介质对第一介质的相对折射率。当光从折射率较大的介质(如空气)进入折射率较小的介质(如水)时,n21大于1,折射角(θt)小于入射角(θi);反之,当光从折射率较小的介质进入折射率较大的介质时,n21小于1,折射角(θt)大于入射角(θi)。

光垂直射向介质表面时,传播方向不变。当光线以90度角垂直射向介质表面时,折射角和入射角都为0度,光的传播方向不发生改变。

光路可逆。在折射过程中,光路是可逆的,即如果光线从一种介质进入另一种介质,再从第二种介质返回第一种介质,其传播方向将与原来相反。

这些定律在光学设计和应用中非常重要,例如在透镜、望远镜、显微镜等光学仪器中,以及在水下视觉、天空的蓝色等现象的解释中都有广泛应用。

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